簡(jiǎn)介

如果我們想要運(yùn)行Python，通常有兩種方式，第一種方式就是在Python或者IPython的解釋器環(huán)境中進(jìn)行交互式運(yùn)行，還有一種方式就是程序員最喜歡的編寫(xiě).py文件，在文件中編寫(xiě)python代碼，然后運(yùn)行。

如果我們想寫(xiě)一篇關(guān)于Python的文章，文章里面有代碼，還希望代碼能夠在當(dāng)前頁(yè)面運(yùn)行，可不可以做到呢？

可以的，那就是使用我們今天要介紹的Jupyter Notebook。

Jupyter Notebook

Jupyter項(xiàng)目是從Ipython項(xiàng)目中分出去的，在Ipython3.x之前，他們兩個(gè)是在一起發(fā)布的。在Ipython4.x之后，Jupyter作為一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目進(jìn)行開(kāi)發(fā)和管理。因?yàn)镴upyter不僅僅可以運(yùn)行Python程序，它還可以執(zhí)行其他流程編程語(yǔ)言的運(yùn)行。

Jupyter Notebook包括三個(gè)部分，第一個(gè)部分是一個(gè)web應(yīng)用程序，提供交互式界面，可以在交互式界面中運(yùn)行相應(yīng)的代碼。

上圖是NoteBook的交互界面，我們可以對(duì)文檔進(jìn)行編輯，運(yùn)行等操作。

主要的功能如下：

• 在瀏覽器中進(jìn)行代碼編輯，自動(dòng)語(yǔ)法突出顯示，縮進(jìn)和制表符完成/自檢功能。
• 從瀏覽器執(zhí)行代碼的能力，并將計(jì)算結(jié)果附加到生成它們的代碼上。
• 使用諸如HTML，LaTeX，PNG，SVG等富媒體表示來(lái)顯示計(jì)算結(jié)果。例如，可以內(nèi)嵌包含matplotlib庫(kù)渲染的具有出版質(zhì)量的圖形。
• 使用Markdown標(biāo)記語(yǔ)言在瀏覽器中對(duì)富文本進(jìn)行的編輯（可以為代碼提供注釋）不僅限于純文本。
• 使用LaTeX輕松在markdown單元中包含數(shù)學(xué)符號(hào)的能力，并由MathJax本地呈現(xiàn)。

第二個(gè)部分就是NoteBook的文檔了，這個(gè)文檔存儲(chǔ)了要運(yùn)行的代碼和一些描述信息。一般這個(gè)文檔是以.ipynb的后綴進(jìn)行存儲(chǔ)的。

notebook文檔是以json的形式存儲(chǔ)的，并用base64進(jìn)行編碼。使用json的好處就是可以在不同的服務(wù)器中方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

Notebook documents中除了可運(yùn)行的代碼文件，還可以存儲(chǔ)說(shuō)明等解釋性內(nèi)容，從而將代碼和解釋內(nèi)容完美結(jié)合，尤其適合做學(xué)習(xí)筆記使用。

筆記本可以通過(guò)nbconvert命令導(dǎo)出為多種靜態(tài)格式，包括HTML，reStructuredText，LaTeX，PDF等多種格式。

另外文檔還可以方便的在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行共享。

第三個(gè)部分就是代碼運(yùn)行的核心Kernels，通過(guò)不同的Kernels搭配，notebook可以支持運(yùn)行多種程序。比如：Python，java，go，R，ruby，nodejs等等。

這些Kernels和notebook之間是以Json的形式通過(guò)MQ來(lái)進(jìn)行通信的。

啟動(dòng)notebook server

有了文檔之后，如果我們想要運(yùn)行文檔，需要啟動(dòng)notebook server。

jupyter notebook

默認(rèn)情況下會(huì)開(kāi)啟下面的URL： :8888

啟動(dòng)的時(shí)候還可指定要打開(kāi)的.ipynb文件：

jupyter notebook my_notebook.ipynb

具體的notebook界面的操作這里就不多介紹了，基本上和普通的編譯器差不多。大家可以自行探索。

notebook document 的結(jié)構(gòu)

notebook中包含了多個(gè)cells，每個(gè)cell中包含了多行文本輸入字段，可以通過(guò)Shift-Enter 或者工具欄中的播放按鈕來(lái)執(zhí)行其中的代碼。

這里的cell有三種類型，分別是code cells，markdown cells和raw cells。

code cells

代碼單元允許您編輯和編寫(xiě)新代碼，并突出顯示完整的語(yǔ)法和制表符。 您使用的編程語(yǔ)言取決于內(nèi)核，默認(rèn)內(nèi)核（IPython）運(yùn)行Python代碼。

執(zhí)行代碼單元時(shí)，它包含的代碼將發(fā)送到與筆記本關(guān)聯(lián)的內(nèi)核。 然后，從該計(jì)算返回的結(jié)果將在筆記本中顯示為單元格的輸出。 輸出不僅限于文本，還有許多其他可能的輸出形式，包括matplotlib圖形和HTML表格（例如，在pandas數(shù)據(jù)分析包中使用的表格）。

我們看一個(gè)code cells的例子：

%%import numpy as npmy_arr = np.arange(1000000)my_list = list(range(1000000))

每個(gè)單元格是以 %% 來(lái)進(jìn)行分隔的。

Ipython本身還支持多種富文本的展示格式，包括HTML，JSON，PNG，JPEG，SVG，LaTeX等。

Ipython提供了一個(gè)display方法，我們可以使用display來(lái)展示要呈現(xiàn)的對(duì)象：

from IPython.display import display

display(obj) 將會(huì)尋找這個(gè)對(duì)象所有可能的展示類型，并從中挑選一個(gè)最適合的類型進(jìn)行展示，并將結(jié)果存儲(chǔ)在Notebook文檔里面。

如果你想展示特定類型的對(duì)象，那么可以這樣：

from IPython.display import (    display_pretty, display_html, display_jpeg,    display_png, display_json, display_latex, display_svg)

舉個(gè)展示圖片的例子：

from IPython.display import Imagei = Image(filename=&39;../images/ipython_logo.png&39;)idisplay(i)

上面的例子中i包含了一個(gè)Image對(duì)象，直接調(diào)用i即可展示，我們也可以顯示的調(diào)用display(i)。

其他的富文本類型可以參考Image，使用方法都是類似的。

markdown cells

markdown是一種簡(jiǎn)介的標(biāo)記語(yǔ)言，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，使用范圍非常廣泛，所以notebook document也支持markdown的語(yǔ)法。

先看一個(gè)markdown cell的例子：

%% md```python$ pythonPython 3.6.0 | packaged by conda-forge | (default, Jan 13 2017, 23:17:12)[GCC 4.8.2 20140120 (Red Hat 4.8.2-15)] on linuxType &34;help&34;, &34;copyright&34;, &34;credits&34; or &34;license&34; for more information.>>> a = 5>>> print(a)5```

markdown中的語(yǔ)法在notebook中都是可以用的。

還支持標(biāo)準(zhǔn)的LaTeX 和 AMS-LaTeX語(yǔ)法。

raw cells

原始單元格提供了一個(gè)可以直接寫(xiě)入輸出的位置。 notebook不會(huì)對(duì)原始單元格中的內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算。

以模塊的形式導(dǎo)入Jupyter Notebooks

有時(shí)候我們希望以模塊的形式導(dǎo)入Jupyter Notebooks，但是可惜的是，Jupyter Notebooks并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的python程序，不過(guò)Python提供了一些鉤子程序，讓我們能夠方便的進(jìn)行導(dǎo)入。

首先，我們需要導(dǎo)入一些基本的API ：

import io, os, sys, typesfrom IPython import get_ipythonfrom nbformat import readfrom IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell

接下來(lái)需要注冊(cè)NotebookFinder到sys.meta_path：

sys.meta_path.append(NotebookFinder())

這個(gè)NotebookFinder就是定義的鉤子。

我們看下NotebookFinder的定義：

class NotebookFinder(object):    &34;&34;&34;Module finder that locates Jupyter Notebooks&34;&34;&34;    def __init__(self):        self.loaders = {}    def find_module(self, fullname, path=None):        nb_path = find_notebook(fullname, path)        if not nb_path:            return        key = path        if path:             lists aren&39;t hashable            key = os.path.sep.join(path)        if key not in self.loaders:            self.loaders[key] = NotebookLoader(path)        return self.loaders[key]

里面使用了兩個(gè)重要的方法，find_notebook用來(lái)找到notebook，和NotebookLoader，用來(lái)加載notebook。

看下find_notebook的定義：

def find_notebook(fullname, path=None):    &34;&34;&34;find a notebook, given its fully qualified name and an optional path    This turns &34;foo.bar&34; into &34;foo/bar.ipynb&34;    and tries turning &34;Foo_Bar&34; into &34;Foo Bar&34; if Foo_Bar    does not exist.    &34;&34;&34;    name = fullname.rsplit(&39;.&39;, 1)[-1]    if not path:        path = [&39;&39;]    for d in path:        nb_path = os.path.join(d, name + &34;.ipynb&34;)        if os.path.isfile(nb_path):            return nb_path         let import Notebook_Name find &34;Notebook Name.ipynb&34;        nb_path = nb_path.replace(&34;_&34;, &34; &34;)        if os.path.isfile(nb_path):            return nb_path

看下NotebookLoader的定義：

class NotebookLoader(object):    &34;&34;&34;Module Loader for Jupyter Notebooks&34;&34;&34;    def __init__(self, path=None):        self.shell = InteractiveShell.instance()        self.path = path    def load_module(self, fullname):        &34;&34;&34;import a notebook as a module&34;&34;&34;        path = find_notebook(fullname, self.path)        print (&34;importing Jupyter notebook from %s&34; % path)         load the notebook object        with io.open(path, &39;r&39;, encoding=&39;utf-8&39;) as f:            nb = read(f, 4)         create the module and add it to sys.modules         if name in sys.modules:            return sys.modules[name]        mod = types.ModuleType(fullname)        mod.__file__ = path        mod.__loader__ = self        mod.__dict__[&39;get_ipython&39;] = get_ipython        sys.modules[fullname] = mod         extra work to ensure that magics that would affect the user_ns         actually affect the notebook module&39;s ns        save_user_ns = self.shell.user_ns        self.shell.user_ns = mod.__dict__        try:          for cell in nb.cells:            if cell.cell_type == &39;code&39;:                 transform the input to executable Python                code = self.shell.input_transformer_manager.transform_cell(cell.source)                 run the code in themodule                exec(code, mod.__dict__)        finally:            self.shell.user_ns = save_user_ns        return mod

有了他們，我們就可以直接import我們自己編寫(xiě)的notebook了。

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